¿QUÉ ES UN PROCESO?

Hasta ahora hemos utilizado siempre el término programa. A partir de ahora distinguiremos entre programa y proceso. Un programa es una secuencia de instrucciones escrita en un lenguaje dado. Un proceso es una instancia de ejecución de un programa, caracterizado por su contador de programa, su palabra de estado, sus registros del procesador, su segmento de texto, pila y datos, etc. Un programa es un concepto estático, mientras que un proceso es un concepto dinámico. Es posible que un programa sea ejecutado por varios usuarios en un sistema multiusuario, por cada una de estas ejecuciones existirá un proceso, con su contador de programa, registros, etc. El sistema operativo necesita el concepto de proceso para poder gestionar el procesador mediante la técnica de multiprogramación o de tiempo compartido, de hecho, el proceso es la unidad panificable, o de asignación de la CPU.

Estados de un proceso y Transiciones de estado de los procesos

Durante su vida, un proceso puede pasar por una serie de estados discretos, algunos de ellos son:

•En ejecución: El proceso ocupa la CPU actualmente, es decir, se está ejecutando.

•Listo o preparado: El proceso dispone de todos los recursos para su ejecución, sólo le falta la CPU.

•Bloqueado: Al proceso le falta algún recurso para poder seguir ejecutándose, además de la CPU. Por recurso se pueden entender un dispositivo, un dato, etc. El proceso necesita que ocurra algún evento que le permita poder proseguir su ejecución.

Transiciones de estado de los procesos

A continuación se dan ejemplos de eventos que pueden provocar transiciones de estado en un proceso en este modelo de tres estados. La mayoría de estos eventos se discutirán con profundidad a lo largo del curso:

•De ejecución á Bloqueado: al iniciar una operación de E/S, al realizar una operación WAIT sobre un semáforo a cero (en el tema de procesos concurrentes se estudiarán los semáforos).

•De ejecución á Listo: por ejemplo, en un sistema de tiempo compartido, cuando el proceso que ocupa la CPU lleva demasiado tiempo ejecutándose continuamente (agota su cuanto) el sistema operativo decide que otro proceso ocupe la CPU, pasando el proceso que ocupaba la CPU a estado listo.

•De Listo á en ejecución: cuando lo requiere el planificador de la CPU (veremos el planificador de la CPU en el tema de planificación de procesos).

•De Bloqueado á Listo: se dispone del recurso por el que se había bloqueado el proceso. Por ejemplo, termina la operación de E/S, o se produce una operación SIGNAL sobre el semáforo en que se bloqueó el proceso, no habiendo otros procesos bloqueados en el semáforo.

El bloque de control de proceso

El bloque de control de proceso es la estructura de datos central y más importante de un sistema operativo. Cada bloque de control de proceso contiene toda la información de un proceso que necesita un sistema operativo para su control. Estos bloques son leídos y/o modificados por casi todos los módulos de un sistema operativo, incluyendo aquellos que tienen que ver con la planificación, la asignación de recursos, el tratamiento de interrupciones y el análisis y supervisión del rendimiento. Puede decirse que el conjunto de los bloques de control de procesos definen el estado del sistema operativo. El conjunto de todos los PCB’s se guarda en una estructura del sistema operativo llamada tabla de procesos, la cual se puede implementar como un vector o un lista enlazada. La tabla de procesos reside en memoria principal, debido a su alta frecuencia de consulta.

Operaciones con procesos

Los sistemas que administran procesos deben ser capaces de realizar ciertas operaciones sobre y con los procesos. Tales operaciones incluyen:

• Crear y destruir un proceso

• Suspender y reanudar un proceso

• Cambiar la prioridad de un proceso

• Bloquear y "desbloquear" un proceso

• Planificar un proceso (asignarle la CPU)

• Permitir que un proceso se comunique con otro (a esto se denomina comunicación entre procesos, y se estudiará en el tema de procesos concurrentes).

• Crear un proceso implica muchas operaciones, tales como:

• Buscarle un identificador

• Insertarlo en la tabla de procesos

• Determinar la prioridad inicial del proceso

• Crear el PCB

• Asignar los recursos iniciales al proceso

Un proceso puede crear un nuevo proceso. Si lo hace, el proceso creador se denomina proceso padre, y el proceso creado, proceso hijo. Sólo se necesita un padre para crear un hijo. Tal creación origina una estructura jerárquica de procesos, en la cual cada hijo tiene sólo un padre, pero un padre puede tener muchos hijos. En el sistema operativo UNIX la llamada al sistema ‘fork’ crea un proceso hijo. Destruir un proceso implica eliminarlo del sistema. Se le borra de las tablas o listas del sistema, sus recursos se devuelven al sistema y su PCB se borra (es decir, el espacio de memoria ocupado por su PCB se devuelve al espacio de memoria disponible). La destrucción de un proceso es más difícil cuando éste ha creado otros procesos. En algunos sistemas un proceso hijo se destruye automáticamente cuando su padre es destruido; en otros sistemas, los procesos creados son independientes de su padre y la destrucción de este último no tiene efecto sobre sus hijos.

Un proceso suspendido o bloqueado no puede proseguir sino hasta que lo reanuda otro proceso. La suspensión es una operación importante, y ha sido puesta en práctica de diferentes formas en diversos sistemas. La suspensión dura por lo normal sólo periodos breves. Muchas veces, el sistema efectúa las suspensiones para eliminar temporalmente ciertos procesos, y así reducir la carga del sistema durante una situación de carga máxima. Cuando hay suspensiones largas se debe liberar los recursos del proceso. La decisión de liberar o no los recursos dependen mucho de la naturaleza de cada recurso. La memoria principal debe ser liberada de inmediato cuando se suspenda un proceso; una unidad de cinta puede ser retenida brevemente por un proceso suspendido, pero debe ser liberada si el proceso se suspende por un periodo largo o indefinido. Reanudar (o activar) un proceso implica reiniciarlo a partir del punto en el que se suspendió. Cambiar la prioridad de un proceso normalmente no implica más que modificar el valor de la prioridad en el PCB.

Modos de Ejecución

Antes de continuar la discusión sobre la forma en que el sistema operativo gestiona los procesos, hace falta distinguir entre el modo de ejecución del procesador que normalmente se asocia con el sistema operativo y el modo que normalmente se asocia con los programas de usuario.

Cambio de Proceso

A primera vista, la función de cambio de proceso parece sencilla. En cierto momento, un proceso que se está ejecutando se interrumpe, el sistema operativo pone a otro proceso en el estado de ejecución y pasa el control a dicho proceso. Sin embargo, surgen diversas cuestiones de diseño

Procesos y Threads

El concepto de proceso es más complejo y sutil que el presentado hasta ahora. Engloba dos conceptos separados y potencialmente independientes: uno relativo a la propiedad de recursos y otro que hace referencia a la ejecución.

• Unidad que posee recursos: A un proceso se le asigna un espacio de memoria y, de tanto en tanto, se le puede asignar otros recursos como dispositivos de E/S o ficheros.

• Unidad a la que se le asigna el procesador: Un proceso es un flujo de ejecución (una traza) a través de uno o más programas. Esta ejecución se entremezcla con la de otros procesos. De tal forma, que un proceso tiene un estado (en ejecución, listo, etc.) y una prioridad de expedición u origen. La unidad planificada y expedida por el sistema operativo es el proceso.